قوة الإشعاع الصوتي

قوة الإشعاع الصوتي ( ARF ) هي ظاهرة فيزيائية ناتجة عن تفاعل موجة صوتية مع عائق يقع على مسارها. وبشكل عام، تُحسب القوة المؤثرة على العائق بتكامل ضغط الإشعاع الصوتي (الناتج عن وجود الموجة الصوتية) على سطحه المتغير مع الزمن.

يمكن حساب مقدار القوة التي تمارسها الموجة الصوتية المستوية عند أي موقع معين على النحو التالي:

${\displaystyle |F^{\rm {rad}}|={\frac {2\alpha I}{c}}}$

أين

• ${\displaystyle |F^{\rm {rad}}|}$هي قوة لكل وحدة حجم، معبر عنها هنا بوحدة كجم/(ثانية ² سم ² )؛
• ${\displaystyle \alpha }$معامل الامتصاص بوحدة Np /cm (نيبر لكل سنتيمتر)؛
• ${\displaystyle I}$يمثل متوسط ​​شدة الموجة الصوتية عند الموقع المحدد بوحدة واط /سم² ^؛ و
• ${\displaystyle c}$هي سرعة الصوت في الوسط بوحدة سم/ث. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يُؤخذ تأثير التردد على قوة الإشعاع الصوتي في الحسبان من خلال الشدة (يصعب الوصول إلى ضغوط أعلى عند الترددات العالية) والامتصاص (تتميز الترددات العالية بمعدل امتصاص أعلى). وللمقارنة، يبلغ معدل امتصاص الماء للصوت 0.002 ديسيبل /(ميجاهرتز ² سم). ^{[ 3 ] (رقم الصفحة؟)} تُعرف قوى الإشعاع الصوتي على الجسيمات القابلة للانضغاط، مثل الفقاعات ، بقوى بيركنز ، وتتولد من خلال آلية مختلفة لا تتطلب امتصاص الصوت أو انعكاسه . ^{[ 4 ]} كما يمكن التحكم في قوى الإشعاع الصوتي من خلال تشكيل سطح الجسم بنمط دون الطول الموجي. ^{[ 5 ]}

عندما يتعرض جسيم لموجة صوتية مستقرة، فإنه سيتعرض لقوة متوسطة زمنياً تُعرف باسم قوة الإشعاع الصوتي الأولية (${\displaystyle F_{pr}}$) _. ^{[ 6 ]} في قناة ميكروفلويدية مستطيلة ذات جدران مستوية تعمل كغرفة رنين ، يمكن تقريب الموجة الصوتية الواردة على أنها موجة ضغط رنانة وثابتة على الشكل التالي:

${\displaystyle p_{1}=p_{a}\cos {kz}}$.

أين${\displaystyle k}$هو العدد الموجي . بالنسبة لجزيء قابل للانضغاط ، كروي الشكل، وبحجم ميكرومتر (نصف قطره${\displaystyle a}$) معلق في سائل غير لزج في قناة ميكروية مستطيلة مع موجة فوق صوتية مستوية أحادية البعد ذات طول موجي${\displaystyle \lambda }$، وهو تعبير عن قوة الإشعاع الأولية (في منطقة المجال البعيد حيث${\displaystyle a\ll \lambda }$يصبح بعد ذلك ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 6 ]} :

${\displaystyle F_{pr}^{\rm {1D}}=4\pi \Phi ({\tilde {\kappa }},{\tilde {\rho }})a^{3}kE_{ac}\sin {2kz}}$

${\displaystyle \Phi ({\tilde {\kappa }},{\tilde {\rho }})={1 \over 3}\left[{5{\tilde {\rho }}-2 \over 2{\tilde {\rho }}+1}-{\tilde {\kappa }}\right]}$

${\displaystyle E_{\rm {ac}}={1 \over 4}\kappa _{f}p_{a}^{2}={p_{a}^{2} \over 4\rho _{f}c_{f}^{2}}}$

أين

• ${\displaystyle \Phi }$هو عامل التباين الصوتي
• ${\displaystyle {\tilde {\kappa }}}$الانضغاطية النسبية بين الجسيمات${\displaystyle \kappa _{p}}$والسائل المحيط${\displaystyle \kappa _{f}}$:${\displaystyle {\tilde {\kappa }}=\kappa _{p}/\kappa _{f}}$
• ${\displaystyle {\tilde {\rho }}}$الكثافة النسبية بين الجسيمات${\displaystyle \rho _{p}}$والسائل المحيط${\displaystyle \rho _{f}}$:${\displaystyle {\tilde {\rho }}=\rho _{p}/\rho _{f}}$
• ${\displaystyle E_{\rm {ac}}}$هي كثافة الطاقة الصوتية
• العامل${\displaystyle \sin {2kz}}$يؤدي ذلك إلى مضاعفة فترة قوة الإشعاع وإزاحة الطور بالنسبة لموجة الضغط${\displaystyle p_{a}\cos {kz}}$
• ${\displaystyle c_{f}}$هي سرعة الصوت في السائل

• ملاقط صوتية
• ضغط الإشعاع